Argonne 启动 100 万美元项目，研发用于粒子物理的金刚石量子传感器

行业简报

Argonne National Laboratory 正在启动一项为期 three-year、$1 million 的项目，旨在开发基于钻石的量子传感器，用于 high-energy physics 实验中的高精度电磁场测量。
该项目将利用钻石中的氮-空位 (NV) 中心来开发可在高磁场和高辐射环境中运行的传感器和磁场制图系统。
研究人员将开发并测试传感器原型，然后致力于开发可与未来 particle physics 实验集成的实地应用系统。

新闻稿 – 一个新的 Argonne 项目正在汇集 quantum information science 和 high energy physics 领域的专家，以构建能够以前所未有的精度测量电磁场的钻石基量子传感器。

了解宇宙最小构建块如何相互作用，需要精确了解电磁力如何影响物质。

无论是科学家在测量在粒子碰撞中产生的物质碎片的动量，还是跟踪存储在磁环中的粒子运动的细微变化，他们都需要了解周围的电磁场以及这些场随空间和时间的变化。即使是极其微小的不确定性也会限制实验的精度。

U.S. Department of Energy (DOE) 的 Argonne National Laboratory 一项为期 three-year、$1 million 的新项目正在通过结合实验室的两大优势：量子信息科学和粒子物理来应对这一挑战。

“这是可能的量子革命的另一个前沿……Five 或 10 年前，这还像是科幻小说。但现在我们倾向于认为，这些是将这些设备变得对其他科学家和我们自己都有用的实用路径。” — Nazar Delegan，Argonne 科学家

该项目将开发基于钻石材料的新一代量子传感器。这些传感器有望帮助研究人员以前所未有的精度绘制电磁场图，同时与下一代加速器无缝集成，这对于 particle physics（也称为 high energy physics）实验至关重要。

“主要想法是我们在 high energy physics 领域进行这些实验，我们正在寻找能够帮助其中许多实验的方法，”Argonne 物理学家兼项目负责人 Peter Winter 表示。“这些实验的一个共同点是，出于各种目的，它们都需要磁场。而且它们通常对高精度绘制磁场图有严格的要求。”

这项工作的核心是钻石中被称为氮-空位 (NV) 中心的微小缺陷。当氮原子位于钻石晶体中缺失的碳原子旁边时，就会产生这些缺陷，它们的行为就像一个具有不同能级的微小、被捕获的磁体。它们的能级会随磁场和电场而移动。研究人员使用光和微波从中读取信息，使传感器能够以极高的灵敏度测量电磁场。

Argonne 及其合作伙伴多年来一直在推进钻石中 NV 中心的研究。现在，研究人员正致力于使其适应 high energy physics 的需求。

“理想的情况是，我们已经开发出了这种技术上可集成的平台，第一次可以将这些量子传感器实际放入现有的微电子系统中，”Argonne 科学家、项目共同负责人 Nazar Delegan 说。“从工程和科学的角度来看，我们拥有很大程度的灵活性。”